بررسي پالايشگاه زيستي خوراك كاه برنج با محوريت توليد سوكسينيك اسيد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

هدف اين پژوهش توليد سوكسينيك اسيد به روش زيستي با استفاده از باكتري اكتينوباسيلوس سوكسينوژنز و خوراك هيدروليزيت كاه برنج است. ابتدا كاه برنج تحت 4 حالت مختلف پيش‌فرآوري شامل سديم هيدروكسيد %2 در دماي 180 و 90 درجه سانتي‌گراد، حلال‌آلي اتانول %75 در دماي 180 درجه سانتي‌گراد و حلال‌آلي اتانول %75 همراه با سديم هيدروكسيد %2 به‌عنوان كاتاليست در دماي 180 درجه سانتي‌گراد قرار گرفت. سپس جامد و مايع از هم جدا شده و جامد پيش‌فرآوري شده تحت هيدروليز آنزيمي قرار گرفت و نهايتاً از هيدروليزيت مايع به‌عنوان منبع كربن جهت تخمير سوكسينيك اسيد توسط باكتري اكتينوباسيلوس سوكسينوژنز استفاده شد. در بين روش‌هاي پيش‌فرآوري انجام شده، بيشترين غلظت قند از هيدروليزيت نمونه‌ي سديم هيدروكسيد %2 در دماي 180 درجه سانتي‌گراد به دست آمد كه شامل 16/1±04/40 گرم بر ليتر گلوكز و 44/0±64/6 گرم بر ليتر زايلوز بود. از تخمير اين نمونه 87/0±97/29 گرم بر ليتر سوكسينيك اسيد به دست آمد. در ادامه‌ي پژوهش با توجه به بالا بودن بازده هيدروليز آنزيمي براي نمونه‌ي سديم هيدروكسيد %2 در دماي 90 درجه سانتي‌گراد و كم‌تر بودن مصرف انرژي اين روش به‌عنوان منبع كربن انتخاب شد. با هدف استفاده از محصولات جانبي فرآيندهاي صنعتي مانند خيساب ذرت و ويناس به‌عنوان جايگزين عصاره مخمر و مواد مغذي، مقدار عصاره مخمر از 15 گرم بر ليتر تا 5/2 گرم بر ليتر كاهش يافت. با كاهش عصاره مخمر از 15 گرم بر ليتر به 5 گرم بر ليتر، 6/0± 9/20 گرم بر ليتر سوكسينيك اسيد توليد شد درحالي‌كه استفاده از 10 گرم بر ليتر ويناس همراه با 5 گرم بر ليتر عصاره مخمر منجر به توليد 35/0± 21/28 گرم بر ليتر سوكسينيك اسيد شد كه نشان‌دهنده‌ي امكان‌پذيري كاهش عصاره مخمر و جايگزيني آن با ويناس بود. اكتينوباسيلوس سوكسينوژنز توسط دو بستر سنگ‌لاوا و بيوچار كاه برنج تثبيت و در راكتورهاي بيوفيلمي تخمير ناپيوسته متوالي انجام شد. تأمين نامناسب دي‌اكسيد‌كربن موردنياز براي تخمير در فاز گاز منجر به تغيير متابوليسم كربن از شاخه C4 به شاخه C3 شد كه باعث كاهش توليد سوكسينات و افزايش توليد لاكتات شد. در اين حالت 8 تخمير ناپيوسته متوالي انجام شد كه در تخمير اول مقدار 96/34 گرم بر ليتر لاكتيك اسيد با بازده 87/0 و بهره‌وري 67/0 گرم بر ليتر در ساعت براي بستر سنگ‌لاوا و 47/38 گرم بر ليتر با بازده و بهره‌وري 96/0 گرم بر ليتر در ساعت براي بستر بيوچار به دست آمد. از تخمير دوم به بعد، بازده و بهره‌وري لاكتيك اسيد براي بستر سنگ‌لاوا با افزايش همراه بود درحالي‌كه اين مقادير براي بيوچار كاهش يافت. در تخمير ناپيوسته مرحله ششم براي بستر سنگ‌لاوا، بهره‌وري توليد لاكتيك اسيد به 62/1 گرم بر ليتر در ساعت رسيد. زمان تخمير از 52 ساعت به 24 ساعت براي مرحله ششم و 20 ساعت براي مرحله هشتم كاهش پيدا كرد كه نشان‌دهنده‌ي مناسب‌تر بودن بستر سنگ‌لاوا براي تخميرهاي ناپيوسته متوالي است. در ادامه بايومس به دست آمده از تخمير تحت فرآيند اتوليز قرار گرفت و تأثير افزودن آن به محيط تخمير و جايگزيني آن با عصاره مخمر و تركيبات معدني بررسي شد. نتايج نشان داد كه اتوليزيت قابليت جايگزيني با عصاره مخمر را دارد؛ به‌طوري‌كه با استفاده از %10 (حجمي/حجمي) اتوليزيت 69/1±73/23 گرم بر ليتر سوكسينيك اسيد توليد شد و با استفاده از %15 اتوليزيت به همراه 3 گرم بر ليتر عصاره مخمر، 59/1±33/29 گرم بر ليتر سوكسينيك توليد شد. در ادامه امكان‌پذيري اقتصادي توليد سوكسينيك اسيد بر اساس داده‌هاي به‌دست‌آمده از نتايج تجربي با نرم‌افزار سوپر پرو مورد ارزيابي قرار گرفت. شبيه‌سازي اين فرآيند بر اساس 10 تن بر ساعت ورودي كاه برنج انجام شد. كل سرمايه‌گذاري براي توليد 8/3 تن در ساعت سوكسينيك اسيد، 102905000 دلار در سال با مجموع درآمد سالانه 108351000 دلار برآورد شد. درآمد حاصل از سوكسينيك اسيد توليد شده، معادل 963452894 دلار در سال است. بازگشت سرمايه، دوره بازگشت سرمايه و نرخ بازگشت داخلي پروژه به ترتيب 66/22 درصد، 41/4 سال و 33/26 درصد تخمين زده شد.

228183

بيوتكنولوژي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان